KR100767420B1 - 전계 방출 소자 제조 방법 - Google Patents

전계 방출 소자 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100767420B1
KR100767420B1 KR1020050113767A KR20050113767A KR100767420B1 KR 100767420 B1 KR100767420 B1 KR 100767420B1 KR 1020050113767 A KR1020050113767 A KR 1020050113767A KR 20050113767 A KR20050113767 A KR 20050113767A KR 100767420 B1 KR100767420 B1 KR 100767420B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
conductive film
cathode electrode
metal conductive
organometallic compound
dispersed
Prior art date
Application number
KR1020050113767A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20070055257A (ko
Inventor
이성은
김동천
성면창
최영환
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020050113767A priority Critical patent/KR100767420B1/ko
Publication of KR20070055257A publication Critical patent/KR20070055257A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100767420B1 publication Critical patent/KR100767420B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H01J1/304—Field-emissive cathodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B82B3/0061—Methods for manipulating nanostructures
    • B82B3/0071—Sorting nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C01B32/168—After-treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
    • H01J9/022—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
    • H01J9/025—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes of field emission cathodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2202/00—Structure or properties of carbon nanotubes
    • C01B2202/08—Aligned nanotubes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/30—Cold cathodes
    • H01J2201/304—Field emission cathodes
    • H01J2201/30446—Field emission cathodes characterised by the emitter material
    • H01J2201/30453—Carbon types
    • H01J2201/30469—Carbon nanotubes (CNTs)

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Abstract

본 발명은 카본 나노 튜브(CNT)가 분산된 유기 금속 화합물 잉크를 이용하여 캐소드 전극 혹은 저항층과 전자 방출원인 카본 나노 튜브를 함께 형성할 수 있는 전계 방출 소자 제조 방법에 관한 것으로, 캐소드 전극 또는 저항층이 형성될 영역에 카본 나노 튜브가 분산된 유기 금속 화합물 잉크를 코팅하는 단계와; 상기 코팅된 영역을 열처리한 후 환원처리하여 금속 도전막을 형성하는 단계와; 상기 금속 도전막에 분산된 카본 나노 튜브를 후처리 공정에 의해 수직 배열시켜 카본 나노 튜브 전자 방출원이 포함된 캐소드 전극용 또는 저항층 금속 도전막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐으로써, 카본 나노 튜브 전자 방출원과 캐소드 전극 또는 저항층 형성 공정이 별도로 요구되지 않고, 패터닝이 요구되지 않는 대면적 카본 나노 튜브 램프 제작에 유용하고, 뛰어난 양산성 및 저가 공정으로 균일한 휘도를 갖는 대면적 평판 표시 패널을 제작할 수 있으며 전자 방출 효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

전계 방출 소자 제조 방법{METHOD FOR FABRICATING FIELD EMISSION DEVICE}
도1은 본 발명 전계 방출 소자 제조 방법에 대한 일 실시예 순서도.
도2a 내지 도2d는 본 발명에 따른 카본 나노 튜브 면발광 램프에 대한 제조 과정을 도시한 수순 단면도.
도3a 내지 도3d는 본 발명에 따른 사이드 게이트 타입의 전계 방출 소자 하부 구조물에 대한 제조 과정을 도시한 수순 단면도.
도4a 내지 도4e는 본 발명에 따른 노멀 게이트 타입의 전계 방출 소자 하부 구조물에 대한 제조 과정을 도시한 수순 단면도.
도5는 본 발명에 따른 Pd 금속 도전막의 두께와 전극 저항의 상관 관계도.
본 발명은 전계 방출 소자 제조 방법에 관한 것으로, 특히 카본 나노 튜브(CNT)가 분산된 유기 금속 화합물 잉크를 이용하여 캐소드 전극 혹은 저항층과 전자 방출원인 카본 나노 튜브를 함께 형성할 수 있는 전계 방출 소자 제조 방법에 관한 것이다.
최근 위성 및 디지털 방송이 본격적으로 추진되면서 고해상도를 갖는 대형 화면 디스플레이에 대한 수요와 관심이 증가함으로서 평판 디스플레이에 대한 기대와 역할이 매우 중요시되고 있고, 아울러 고해상도를 가지면서 고휘도, 고선명한 화상정보에 대한 요구가 더욱 강해지고 있으며 이에 부합되는 대화면의 액정디스플레이(LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등에 대한 연구와 투자가 활발하게 이루어지고 있다.
그리고, 가장 널리 보급된 음극선관 티브이(CRT)의 경우 대면적화를 구현하기 위해서는 많은 어려움이 있기 때문에 최근에는 이를 평판화한 전계 방출 디스플레이(FED)에 대한 기대가 높아지고 있고, 이에 대한 기술 개발이 이루어지고 있다.
일반적으로 전계 방출 디스플레이는 가열된 필라멘트에서 전자가 방출되는 열전자 방출소자와 전계로 인해 페르미(Fermi) 준위 부근의 전자가 터널링 현상으로 방출되는 냉음극 전자 방출소자의 2가지 유형으로 구분된다. 특히 냉음극 전자 방출 디스플레이를 구현하기 위한 다양한 기술적인 방법 중 가장 주목받고 있는 기술이 바로 카본 나노 튜브(CNT)를 전자 방출원으로 하는 방식과 캐논/도시바에서 최근 발표한 표면전도형 전계방출소자(surface conduction electron emission device)를 들 수 있다. 그 외 메탈 팁을 이용한 스핀트 타입(spindt type), MIM 타입, BSD(Ballistic surface emitter display) 등의 개발이 진행되고 있고 기술적인 진화가 거듭되고 있다.
상기 기술 중에서 CNT를 전자 방출원으로 적용한 광소자는 크기, 구조, 안정성 면에서 기존의 전자 방출원보다 뛰어나기 때문에 전계방출에서부터 면광원에 이르기까지 다양한 분야에서 그 가치를 인정받고 있다.
이와 같은 CNT는 작은 직경(약 1.0∼수십[nm])을 갖기 때문에 종래의 마이크로팁형(spindt형) 전계 방출 팁에 비해 전계 강화 효과(field enhancement factor)가 상당히 우수하여 전자방출이 낮은 임계 전계(turn-on field, 약 1∼5[V/㎛])에서 이루어질 수 있게 되므로, 전력손실 및 생산단가를 줄일 수 있는 장점이 있다.
이런 CNT 전계 방출 소자의 CNT를 형성하는 방법에는 여러 가지가 있는데 이에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, CNT 페이스트를 이용하여 셀을 구현하는 방식이 있는데, 이 방식에 따라 사이드 게이트 타입과 노멀 게이트 타입으로 나눌 수 있다. 상기 사이드 게이트 타입은 제조공정이 간단하고 CNT가 표면에 노출되어 있기 때문에 비교적 쉽게 후처리 공정을 진행할 수 있는 장점이 있으나 전자빔의 퍼짐 현상으로 인한 크로스토크(crosstalk)가 발생하기 쉬워 별도의 그리드를 형성해야 하고, 사이드 영역으로 전자빔이 방출되므로 빔을 조절하기 어려운 단점이 있다.
반면, 노멀 게이트 타입은 빔의 집속을 위하여 일정사이즈의 홀을 형성한 후 그 내부에 CNT 페이스트를 충진하여 CNT 전자 방출원을 제조하고, 그 위에 포커싱 전극 혹은 그리드를 형성하여 픽셀간 크로스토크를 방지하는 복잡한 공정을 통해 제조되나 소자의 안정적인 측면에 있어서 사이드 게이트 타입에 비해 장점이 있다.
그리고, 화상표시장치로 활용하기 위해서는 휘도의 균일성을 확보해야 하는 어려움이 있기 때문에 다양한 후처리 공정을 통해 기술개발이 진행되고 있는 실정이다. 즉, 상기 CNT 페이스트를 이용한 기술이 대면적의 패널을 제작하는데 있어서 저가공정을 활용할 수 있는 장점이 있으나 인위적으로 CNT 밀도 및 균일성을 조절 하기 쉽지 않고 CNT가 페이스트에 묻혀있기 때문에 이를 활성화하기 위한 후처리 공정이 매우 중요한 변수로 작용한다.
CNT를 형성하는 또 다른 방법으로는 화학 기상 증착법(CVD)을 이용하여 형성할 수 있는데, 이는 CVD를 이용하여 홀 내부에 선택적으로 CNT를 직접 성장시켜 전자 방출원으로 활용한다.
상기 페이스트를 이용한 CNT 형성 방법은 대부분 유리 프릿(glass frit), 감광성 비히클(vehicle), 도전성 부재 및 CNT를 함유하는 페이스트를 제조하여 스크린 프린팅법으로 패턴 인쇄를 직접하거나 전면에 인쇄한 후 노광을 통해 패턴을 형성하는 방법을 취하고 있다.
하지만, 페이스트를 이용한 CNT 형성 방법은 감광성 비히클이 열처리를 통해 완전하게 번아웃(burn-out)되지 않고, 유리 프릿의 양에 따라 발광효율에 영향을 미치며, 후처리 공정을 통해서 일정하게 CNT를 수직방향으로 배열하는데 한계가 있었다. 또한 홀크기가 적은 경우 고점도의 CNT 페이스트가 제대로 충진되지 않은 단점이 있고, 대부분의 CNT 페이스트가 현상과정에서 버려지기 때문에 원가에도 부담이 되는 단점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 카본 나노 튜브가 분산된 유기 금속 화합물 잉크를 캐소드 전극 및 저항층이 형성될 영역에 코팅하고, 열처리 공정을 통해 카본 나노 튜브가 포함된 캐소드 전극용 금속 도전막을 형성하며 후처리 공정을 통해 상기 금속 도전막에 포함된 카본 나노 튜브를 수직 배열시킴으로써, 카본 나노 튜브 전자 방출원과 캐소드 전극 또는 저항층 형성 공정이 별도로 요구되지 않고, 패터닝이 요구되지 않는 대면적 카본 나노 튜브 램프 제작에 유용하고, 뛰어난 양산성 및 저가 공정으로 균일한 휘도를 갖는 대면적 평판 표시 패널을 제작할 수 있는 전계 방출 소자 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 유기 금속 화합물의 농도와 CNT 함량을 조절하여 CNT 밀도와 전극의 두께 및 저항을 조절함으로써, 전자 방출 효율을 증가시킬 수 있는 전계 방출 소자 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 캐소드 전극 또는 저항층이 형성될 영역에 카본 나노 튜브가 분산된 유기 금속 화합물 잉크를 코팅하는 단계와; 상기 코팅된 영역을 열처리한 후 환원처리하여 금속 도전막을 형성하는 단계와; 상기 금속 도전막에 분산된 카본 나노 튜브를 후처리 공정에 의해 수직 배열시켜 카본 나노 튜브 전자 방출원이 포함된 캐소드 전극용 또는 저항층 금속 도전막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하부기판 상부에 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극이 형성된 동일 평면상에 위치하며 캐소드 전극이 형성될 영역에 카본 나노 튜브가 분산된 유기 금속 화합물 잉크를 코팅하는 단계와; 상기 코팅된 영역을 열처리한 후 환원처리하여 금속 도전막을 형성하는 단계와; 상기 금속 도전막에 분산된 카본 나노 튜브를 후처리 공정에 의해 수직 배열시켜 카본 나노 튜브 전자 방출원이 포함된 캐소드 전극용 금속 도전막을 형성하는 단계계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하부기판 상부에 캐소드 전극, 자외선 차단막, 유전층 및 게이트 전극을 순차적으로 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극, 유전층, 자외선 차단막을 순차적으로 식각하여 상기 캐소드 전극 일부를 노출시키는 단계와; 상기 노출된 캐소드 전극 상부에 카본 나노 튜브가 분산된 유기 금속 화합물 잉크를 코팅하는 단계와; 상기 코팅된 영역을 열처리한 후 환원처리하여 저항층 기능을 수행하는 금속 도전막을 형성하는 단계와; 상기 금속 도전막에 분산된 카본 나노 튜브를 후처리 공정에 의해 수직 배열시켜 카본 나노 튜브 전자 방출원이 포함된 저항층을 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다.
우선 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 하기의 설명에서 구체적인 처리흐름과 같은 많은 특정 상세들은 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으며, 이들 특정 상세들 없이 본 발명이 실시될 수 있다는 것은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
본 발명은 CNT가 분산된 유기 금속 화합물 잉크를 캐소드 전극 영역에 코팅한 후 열처리 공정 및 후처리 공정을 통해 캐소드 전극용 금속 도전막과 전자 방출원인 CNT를 형성하여 전자 방출 효율을 증가시키고, 대면적 CNT 램프 제작에 용이하며 제조 비용을 줄이는 것을 그 요지로 한다.
상기 CNT가 분산된 유기 금속 화합물 잉크는 유기 금속 화합물을 포함한 용액과 SW(single wall) 혹은 DW(double wall) 혹은 MW(multi wall) 타입의 카본 나노 튜브(CNT)와 CNT의 분산을 돕기 위한 비히클(vehicle) 혹은 분산제(dispersion)를 혼합하고, 그 혼합물을 고속 분산기 혹은 균질화기(homogenizer) 등의 분산기를 이용하여 CNT가 분산된 유기 금속 화합물 잉크를 제조할 수 있다. 여기서, 상기 CNT가 분산된 유기 금속 화합물 잉크를 구성하고 있는 각 성분에 대한 함량 및 농도는 상황에 따라 달라질 수 있고, 본 발명의 요지를 흐트릴 수 있기에 설명은 생략한다. 그리고, 상기 제조된 CNT가 분산된 유기 금속 화합물 잉크의 점도는 20cps가 적당하며, 유기 금속으로는 팔라듐(Pd) 착화합물이 사용될 수 있다.
상기 캐소드 전극용 금속 도전막 및 CNT를 형성하기 위한 열처리 공정은 CNT가 형성될 영역에 CNT가 분산된 유기 금속 화합물 잉크가 코팅된 구조물을 대기상에서 소정의 조건(350[℃], 10 ~ 30분간)으로 열처리하여 산화금속 도전막, 예를 들어, PdO 도전막을 형성하고, 그 PdO 도전막이 형성된 구조물을 H2:N2=2:98인 혼합가스를 일정 압력까지 진공처리장치 내로 도입한 후 약 150~200[℃]로 30분간 열처리하여 PdO 도전막을 Pd 금속 도전막으로 환원시킨다.
그리고, 상기 PdO 도전막을 형성하기 위한 소정의 조건 즉, 350[℃] 대기상에서 열처리를 수행하기 때문에 CNT의 손상은 발생하지 않으며 상기 분산된 CNT는 도전막을 구성하는 입자들 사이에 묻혀있는 상태로 존재하게 된다.
상기 도전막의 입자들 사이에 묻혀있는 CNT를 수직 배열시키기 위해서 후처 리 공정을 실시하는데, 후처리 공정 방법으로는 롤링, 테이핑, 레이저 방사 등을 통해 Pd 도전막 입자 사이에 분산된 CNT를 수직 배열시킨다.
도1은 본 발명에 따른 전계 방출 소자 제조 방법에 대한 일 실시예 순서도를 보인 것으로, 도시한 바와 같이, CNT가 분산된 Pd 유기 금속 화합물 잉크를 캐소드 전극이 형성될 영역에 코팅하는 단계와, 상기 잉크가 코팅된 구조물을 대기상에서 열처리하여 PdO 도전막을 형성하는 단계와, 상기 PdO 도전막을 H2와 N2의 혼합가스 상에서 열처리하여 Pd 금속 도전막으로 환원하는 단계와, 상기 Pd 금속 도전막의 Pd 입자 사이에 분산된 CNT를 후처리 공정을 통해 수직 배열시켜 CNT 전자 방출원을 형성하는 단계로 이루어진다.
상기 CNT가 분산된 Pd 유기 금속 화합물 잉크는 Pd 유기 금속 화합물을 함유한 용액과 CNT 그리고 CNT가 잘 분산되도록 분산제 혹은 비히클을 혼합하고, 분산기를 이용하여 제조한다.
또한, 패터닝이 요구되는 소자 제작에 유용한 방법을 제공하기 위해 상기 Pd 유기 금속 화합물 잉크에 감광성 물질을 포함할 수도 있다.
상기 CNT가 분산된 Pd 유기 금속 화합물 잉크의 점도는 형성하고자 하는 막의 두께와 저항에 따라 달라질 수 있는데, 일반적으로 10 ~ 20cps가 바람직하다.
상기 잉크를 이용한 막 형성 방법은 공정 방법에 따라 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 딥핑 등에 의해 원하는 영역, 예를 들어 캐소드 전극 및 CNT 형성 영역에 막을 형성할 수 있다.
상기 PdO 도전막은 잉크가 코팅된 구조물을 대기상에서 350[℃], 10 ~ 30분간 열처리함으로써, 잉크에 포함된 금속인 Pd와 대기중의 산소가 결합하여 CNT가 입자 사이에 분산된 PdO 도전막이 형성된다.
상기 PdO 도전막이 환원된 Pd 금속 도전막은 상기 PdO 도전막이 형성된 구조물을 H2:N2=2:98인 혼합가스가 일정 압력까지 채워진 진공처리장치 내에서 약 150~200[℃], 30분간 열처리에 의해 형성된다.
상기 Pd 금속 도전막의 입자 사이에 분산된 CNT는 후처리 공정에 의해 수직 배열되는데, 상기 후처리 공정으로 롤링, 테이핑, 레이저 방사 등이 사용될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 전계 방출 소자 제조 과정을 첨부한 도면들을 참고하여 설명한다.
도2는 본 발명에 따른 첫 번째 일 실시예로서, CNT 면발광 램프를 제조하는 과정에 대한 수순 단면도를 보인 것이다.
본 발명에 따른 CNT 면발광 램프 제조 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도2a에 도시한 바와 같이, 하부기판(10) 전면에 CNT가 분산된 Pd 유기 금속 화합물 잉크(20)를 스핀 코팅 혹은 딥핑 혹은 스프레이 방식으로 코팅한다.
그 다음 도2b에 도시한 바와 같이, 상기 잉크가 코팅된 구조물을 대기상에서 350[℃], 10 ~ 30분간 열처리하여 잉크에 포함된 분산제 혹은 비히클을 제거하고, Pd 금속과 대기중에 있는 산소가 결합하여 CNT가 분산된 PdO 도전막을 형성한다.
상기 형성된 PdO 도전막은 H2:N2=2:98인 혼합가스가 일정 압력까지 채워진 진공처리장치 내에서 약 150~200[℃], 30분간 열처리되어 CNT(40)가 입자 사이에 분산된 Pd 금속 도전막(30)으로 환원된다. 이때, 상기 CNT(40)는 Pd 금속 입자 사이에 랜덤하게 덮여있는 형태로 존재한다.
마지막으로 도2c에 도시한 바와 같이, 상기 Pd 금속 입자(30) 사이에 랜덤하게 덮여있는 CNT(40)를 롤링, 테이핑, 레이저 방사 등과 같은 방법의 후처리 공정을 이용하여 수직 배열시킨다. 후처리 공정을 통해 CNT를 수직 배열시킴으로써, 균일한 발광 이미지를 얻을 수 있고, 구동 전압을 낮출 수 있다.
상기 면발광 소자의 캐소드 전극인 Pd 금속 도전막(30)과 전자 방출원인 CNT(40)가 수직 배열되면, 도2d에 도시한 바와 같이 애노드 기판(60)과 스페이서(50)를 구비한 모듈 형태로 구성한다. 이렇게 구성된 CNT 면발광 램프는 LCD 백라이트 혹은 면발광 소자로 활용될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 캐소드 전극인 Pd 금속 도전막과 전자 방출원인 CNT를 잉크를 이용하여 형성하기 때문에 캐소드 전극을 형성하기 위한 별도의 공정의 필요하지 않고, 잉크의 조성만을 이용하여 하부기판 전면에 코팅이 가능하기 때문에 저가의 대면적 램프 제작에 유리하다.
도3은 본 발명에 따른 두 번째 일 실시예로서, 사이드 게이트 타입의 전계 방출 소자의 하부 구조물을 제조하는 과정에 대한 수순 단면도를 보인 것이다.
본 발명에 따른 사이드 게이트 타입의 전계 방출 소자의 제조 과정을 설명하 면 다음과 같다.
먼저, 도3a에 도시한 바와 같이, 하부기판(100) 상에 유전층(110)을 형성하고, 그 유전층 상부에 Pt/Ti를 스퍼터 방법으로 적층한 후 사진 식각 공정으로 패터닝하여 게이트 전극(120)을 형성한다.
그 다음 도3b에 도시한 바와 같이, 캐소드 전극 및 CNT가 형성될 영역에 CNT가 분산된 Pd 유기 금속 화합물 잉크(130)를 스크린 마스크를 이용하여 도포한다. 물론, 상기 Pd 유기 금속 화합물 잉크에 감광성 물질을 함유한 경우 상기 구조물 전면에 잉크를 코팅한 후 캐소드 전극을 형성하기 위한 마스크를 이용하여 사진 식각 공정을 수행함으로써, 캐소드 전극 영역에만 Pd 유기 금속 화합물 잉크를 형성할 수도 있다.
그 다음 도3c에 도시한 바와 같이, 상기 Pd 유기 금속 화합물 잉크가 형성된 구조물을 대기(air)상에서 350[℃], 10 ~ 30분간 열처리하여 잉크에 포함된 분산제 혹은 비히클을 제거하고, Pd 금속과 대기중에 있는 산소가 결합하여 CNT가 분산된 PdO 도전막을 형성한다.
상기 구조물이 H2:N2=2:98인 혼합가스가 일정 압력까지 채워진 진공처리장치 내에서 약 150~200[℃], 30분간 열처리되면 PdO가 Pd로 환원되면서 Pd 금속 도전막(140)으로 환원된다. 물론, 상기 Pd 금속 도전막(140)에는 CNT(150)가 랜덤하게 덮여있다.
마지막으로 도3d에 도시한 바와 같이, 상기 Pd 금속 도전막(140)의 입자 사 이에 랜덤하게 덮여있는 CNT(150)를 수직 배열시키기 위해 후처리 공정을 실시한다. 즉, 롤링, 테이핑, 레이저 방사 등과 같은 방법을 이용하여 Pd 금속 도전막(140)에 덮여있는 CNT(150)를 수직 배열시킴으로써, 캐소드 전극인 Pd 금속 도전막 상부에 CNT 전자 방출원을 형성한다.
도4는 본 발명에 따른 세 번째 일 실시예로서, 노멀 게이트 타입의 전계 방출 소자의 하부 구조물을 제조하는 과정에 대한 수순 단면도를 보인 것이다.
본 발명에 따른 노멀 게이트 타입의 전계 방출 소자의 제조 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도4a에 도시한 바와 같이 하부기판(200) 상부에 캐소드 전극(210), 자외선 차단막(220), 유전층(230) 및 게이트 전극을 형성하기 위한 도전막(240)을 순차적으로 형성하고, 홀 패턴을 형성하기 위해 포토 레지스트(PR)를 도포한 후 홀이 형성될 영역을 패터닝한다. 여기서, 상기 자외선 차단막(220)은 a-Si가 사용될 수 있다.
그 다음 도4b에 도시한 바와 같이, 상기 PR이 패터닝된 구조물이 건식 식각에 의해 게이트 전극(240), 유전층(230), 자외선 차단막(220)이 순차적으로 식각되어 홀을 형성한 후 유기용매를 이용하여 PR을 제거하며, 그 구조물 전면에 감광성 물질이 포함되며 CNT가 분산된 Pd 유기 금속 화합물 잉크(250)를 스핀 코팅 혹은 스프레이 코팅하고, 자외선(UV)을 이용한 백노광을 실시한다.
그 다음 도4c에 도시한 바와 같이, 상기 자외선에 의해 백노광된 구조물을 현상하면, 홀 내부에만 빛이 통과되기 때문에 홀 내부에 코팅된 잉크(250)만 남게 된다.
상기 홀 내부에 코팅된 잉크는 대기(air)상에서 350[℃], 10 ~ 30분간 열처리하여 잉크에 포함된 분산제 혹은 비히클을 제거하고, Pd 금속과 대기중에 있는 산소가 결합하여 CNT가 분산된 PdO 도전막을 형성한다.
그 다음 도4d에 도시한 바와 같이, 상기 PdO 도전막이 형성된 구조물은 H2:N2=2:98인 혼합가스가 일정 압력까지 채워진 진공처리장치 내에서 약 150~200[℃], 30분간 열처리되어 입자 사이에 CNT(270)가 덮여있는 Pd 금속 도전막(260)으로 환원된다. 이렇게 형성된 Pd 금속 도전막(260)은 캐소드 전극 상부에 형성되어 픽셀간 균일성(inter-pixel uniformity)을 개선하기 위한 저항층 역할을 수행한다.
마지막으로 도4e에 도시한 바와 같이, 상기 Pd 금속 도전막(260)의 입자 사이에 랜덤하게 덮여있는 CNT(270)는 레이저 방사 혹은 액상 에멀젼(liquid emulsion) 등의 후처리 공정에 의해 수직 배열된다. 이런 과정을 통해 본 발명에 따른 노멀 게이트 타입의 전계 방출 소자 하부 구조물이 형성되는데, 상기 과정에서 알 수 있듯이, 픽셀간의 균일성을 향상시키기 위한 저항층이 Pd 유기 금속 화합물 잉크에 의해 형성되기 때문에 저항층을 형성하기 위한 별도의 공정이 필요하지 않고, 상기 잉크가 감광성 물질을 포함하고 있기 때문에 패턴 형성이 쉬운 장점이 있으므로, 저가 공정 구현이 가능하며 이로 인해 뛰어난 양산성을 실현할 수 있다.
도5는 캐소드 전극 혹은 저항층 기능을 수행하는 Pd 금속 도전막의 두께에 따른 전극 저항과의 관계를 보인 도로서, 도시한 바와 같이 Pd 금속 도전막의 두께 가 두꺼워 질수록 전극 저항이 작아지고, 일정 두께 이상으로는 전극 저항값의 변화가 거의 없는 것을 알 수 있다.
즉, 사이드 게이트 타입 전계 방출 소자의 경우에는 캐소드 전극 기능을 수행해야 하기 때문에 Pd 금속 도전막을 두껍게 형성해야 하고, 노멀 게이트 타입 전계 방출 소자의 경우 캐소드 전극 상부에 형성되는 저항층 기능을 수행해야 하기 때문에 Pd 금속 도전막의 두께를 얇게 형성해야 한다. 물론, 상기 Pd 금속 도전막의 두께는 사용되는 기능에 따라 달라지고, 이 두께는 소자 제조 업체에 의해 결정될 수 있다.
본 발명은 상기 잉크에 포함된 CNT의 함량 혹은 Pd 유기 금속의 함량 등을 조절하여 CNT 밀도와 전극의 두께 및 저항을 조절할 수 있는데, 상기 CNT 밀도와 전극의 두께 및 저항을 조절함으로써, 소자의 전자 방출 효율을 증가시킬 수 있다.
그리고, 본 발명은 전술한 실시 예에 제한하지 않고, 캐소드 전극과 그 캐소드 전극 상부에 CNT 전자 방출원이 형성되는 모든 분야에 적용 가능하다는 것을 인지하여야 한다. 즉, CNT를 전자 방출원으로 사용하는 모든 소자에 적용 가능하다.
상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 카본 나노 튜브가 분산된 유기 금속 화합물 잉크를 캐소드 전극 및 저항층이 형성될 영역에 코팅하고, 열처리 공정을 통해 카본 나노 튜브가 포함된 캐소드 전극용 금속 도전막을 형성하며 후처리 공정을 통해 상기 금속 도전막에 포함된 카본 나노 튜브를 수직 배열시킴으로써, 카본 나노 튜브 전자 방출원과 캐소드 전극 또는 저항층 형성 공정이 별도로 요구되지 않고, 패터닝이 요구되지 않는 대면적 CNT 램프 제작에 유용하고, 뛰어난 양산성 및 저가 공정으로 균일한 휘도를 갖는 대면적 평판 표시 패널을 제작할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 유기 금속 화합물의 농도와 CNT 함량을 조절하여 CNT 밀도와 전극의 두께 및 저항을 조절함으로써, 전자 방출 효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 캐소드 전극 또는 저항층이 형성될 영역에 카본 나노 튜브가 분산된 유기 금속 화합물 잉크를 코팅하는 단계와;
    상기 코팅된 영역을 열처리한 후 환원처리하여 금속 도전막을 형성하는 단계와;
    상기 금속 도전막에 분산된 카본 나노 튜브를 후처리 공정에 의해 수직 배열시켜 카본 나노 튜브 전자 방출원이 포함된 캐소드 전극용 또는 저항층 금속 도전막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유기 금속 화합물은
    팔라듐 유기 금속 화합물을 함유한 용액과, 카본 나노 튜브와, 감광성 물질과, 분산제 또는 비히클을 포함하여 혼합된 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 도전막은
    상기 코팅된 영역이 대기상에서 열처리되어 산화 금속 도전막이 형성되고, 상기 형성된 산화 금속 도전막은 H2:N2=2:98인 혼합가스 환경에서 열처리되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 후처리 공정은 롤링, 테이핑, 레이저 방사, 액상 에멀 젼(liquid emulsion) 중 하나인 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자 제조 방법.
  5. 하부기판 상부에 게이트 전극을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 전극이 형성된 동일 평면상에 위치하며 캐소드 전극이 형성될 영역에 카본 나노 튜브가 분산된 유기 금속 화합물 잉크를 코팅하는 단계와;
    상기 코팅된 영역을 열처리한 후 환원처리하여 금속 도전막을 형성하는 단계와;
    상기 금속 도전막에 분산된 카본 나노 튜브를 후처리 공정에 의해 수직 배열시켜 카본 나노 튜브 전자 방출원이 포함된 캐소드 전극용 금속 도전막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자 제조 방법.
  6. 하부기판 상부에 캐소드 전극, 자외선 차단막, 유전층 및 게이트 전극을 순차적으로 형성하는 단계와;
    상기 게이트 전극, 유전층, 자외선 차단막을 순차적으로 식각하여 상기 캐소드 전극 일부를 노출시키는 단계와;
    상기 노출된 캐소드 전극 상부에 카본 나노 튜브가 분산된 유기 금속 화합물 잉크를 코팅하는 단계와;
    상기 코팅된 영역을 열처리한 후 환원처리하여 저항층 기능을 수행하는 금속 도전막을 형성하는 단계와;
    상기 금속 도전막에 분산된 카본 나노 튜브를 후처리 공정에 의해 수직 배열시켜 카본 나노 튜브 전자 방출원이 포함된 저항층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유기 금속 화합물 잉크는
    백노광에 의해 상기 노출된 캐소드 전극 상부에만 형성되는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자 제조 방법.
  8. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 금속 도전막은
    상기 코팅된 영역이 대기상에서 열처리되어 산화 금속 도전막이 형성되고, 상기 형성된 산화 금속 도전막은 H2:N2=2:98인 혼합가스 환경에서 열처리되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전계 방출 소자 제조 방법.
KR1020050113767A 2005-11-25 2005-11-25 전계 방출 소자 제조 방법 KR100767420B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050113767A KR100767420B1 (ko) 2005-11-25 2005-11-25 전계 방출 소자 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050113767A KR100767420B1 (ko) 2005-11-25 2005-11-25 전계 방출 소자 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070055257A KR20070055257A (ko) 2007-05-30
KR100767420B1 true KR100767420B1 (ko) 2007-10-17

Family

ID=38276826

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050113767A KR100767420B1 (ko) 2005-11-25 2005-11-25 전계 방출 소자 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100767420B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08162002A (ja) * 1994-12-01 1996-06-21 Canon Inc 表面伝導型電子放出素子、電子源、及びそれを用いた画像形成装置と、それらの製造方法
KR20040108713A (ko) * 2002-04-11 2004-12-24 소니 가부시끼 가이샤 전계 전자 방출막, 전계 전자 방출 전극 및 전계 전자방출 표시 장치
KR20050087265A (ko) * 2004-02-26 2005-08-31 삼성에스디아이 주식회사 나노 크기의 금속 입자가 첨가된 탄소나노튜브 에미터 및그 제조 방법
JP2005268154A (ja) * 2004-03-22 2005-09-29 Mitsubishi Electric Corp 電界放出型冷陰極の製造方法、電界放出型冷陰極および電界放出型画像表示装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08162002A (ja) * 1994-12-01 1996-06-21 Canon Inc 表面伝導型電子放出素子、電子源、及びそれを用いた画像形成装置と、それらの製造方法
KR20040108713A (ko) * 2002-04-11 2004-12-24 소니 가부시끼 가이샤 전계 전자 방출막, 전계 전자 방출 전극 및 전계 전자방출 표시 장치
KR20050087265A (ko) * 2004-02-26 2005-08-31 삼성에스디아이 주식회사 나노 크기의 금속 입자가 첨가된 탄소나노튜브 에미터 및그 제조 방법
JP2005268154A (ja) * 2004-03-22 2005-09-29 Mitsubishi Electric Corp 電界放出型冷陰極の製造方法、電界放出型冷陰極および電界放出型画像表示装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
08162002
1020040108713

Also Published As

Publication number Publication date
KR20070055257A (ko) 2007-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1221710B1 (en) Method of manufacturing triode carbon nanotube field emitter array
US6359383B1 (en) Field emission display device equipped with nanotube emitters and method for fabricating
US7583016B2 (en) Producing method for electron-emitting device and electron source, and image display apparatus utilizing producing method for electron-emitting device
US20060043872A1 (en) Electron emission device and fabricating method thereof
US7489070B2 (en) Field emission device and field emission display using the same having a concave-shaped cathode to enhance electron focusing
CN101017755A (zh) 电子发射元件及其制造方法
US20060170008A1 (en) Cold cathode field emission display
KR100442840B1 (ko) 삼극관 탄소나노튜브 전계방출 어레이의 제조 방법
US7297469B2 (en) Method of patterning a thick-film paste material layer, method of manufacturing cold- cathode field emission device, and method of manufacturing a cold-cathode field emission display
US20080174229A1 (en) Composition for forming electron emission sources, method of manufacturing the same, and electron emission sources and electron emission device manufactured using the method
KR100819446B1 (ko) 전자방출 소자의 선택적 위치 제어를 이용한 전자방출디스플레이 및 그 제조방법
KR100767420B1 (ko) 전계 방출 소자 제조 방법
KR100757427B1 (ko) 카본 나노 튜브가 분산된 유기 금속 화합물 잉크
KR20050115057A (ko) 전계 방출 소자용 장수명 이미터 및 그 제조 방법
KR100761260B1 (ko) 전계 방출 소자 제조 방법
CN100552862C (zh) 电子发射器件,使用其的电子发射显示装置及其制造方法
KR100774964B1 (ko) 표면 전도형 전계 방출 표시 장치의 제조방법
KR20020065968A (ko) 전계 방출 디스플레이 패널용 전자 이미터 스택의 제조방법과 그 구조
WO2004032171A1 (en) Field emission device with self-aligned gate electrode structure, and method of manufacturing same
KR100724369B1 (ko) 자외선 차폐층을 구비한 전계방출소자 및 그 제조 방법
KR100784511B1 (ko) 전계 방출 표시 장치 및 그의 제조방법
KR100565198B1 (ko) 탄소 나노튜브 전계방출소자 및 제조방법
US20080042542A1 (en) Electron emission device, manufacturing method of the device
KR100692066B1 (ko) 전계 방출 표시 장치 및 그의 제조방법
KR100761139B1 (ko) 전계 방출 표시 장치 및 그의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20100929

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee